解密,智能手环是如何收集我们身体数据的,有哪些工作原理?(转载)

楼主:运动小美 时间:2018-09-07 16:52:52 点击:37 回复:1
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  随着智能运动手环的普及,越来越多的人开始佩戴手环,用它来监测自己的健康状态;睡眠监测和步数统计是每个手环都具备的基础功能,但不同的品牌,都有不同的计算方式,这也造就了品牌之间的孰强孰弱。
  举个例子,像小米手环、小影手环推出后,争议一直不断,有人说小米手环低价颠覆了手环市场,也有人说小影手环不按常理出牌在破坏行业规则,甚至影响创新。
  就这样一块20G或者30G重量的手环,莫名其妙地引起了搭配、健康的潮流,但几乎所有人只会拿手环屏幕上显示的数字,和Appli watch或者其他医疗仪器做对比来判断准确度,没有人或极少人知道手环是怎么工作的。
  既然有人讨论小影手环不按常理出牌在破坏行业规则,那我们拿小影手环做个栗子。
  动哈小影手环的心率监测功能精准度怎么样,都有哪些技术在里面?

  

  由图可见,动哈小影手环是将透射型光电传感器的发光管和光敏接收器件置于所测组织的两侧。
  通过将入射光穿过皮肤进入深层组织,除去被皮肤、肌肉、血液等吸收外,剩下部分的光线透射被光敏接收器感知,通过测量血管里的血液体积随心脏泵血的变化,血液体积的周期性变化构成了一切利用PPG信号来进行心率估计的基础,通过计算相邻周期内特征点间(如峰值间)的距离来实现心率估计。
  简单来说,血液在身体里流转的速度是由心跳的频率控制的,而手环的光就是用来测血液的流速来判断你的心跳频率。

  反射式光电传感器的发光管和光敏接收器置于所测组织同侧,光敏器件收的是由血液漫反射回去的光,动哈小影手环采用的是绿光,主要因为反射模式其光敏接收器接收到的信号有限,对其信噪比要求高,而绿光所得到的信噪比相对最好。
  动哈小影手环的计步原理是什么?
  动哈小影手环计步的核心器件—加速度传感器(能够感知物体运动方向与加速度大小),采用压阻式、压电式和电容式工作原理,产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化,通过相应的放大和滤波电路进行采集。

  

  简单来说:通过测量你走路的方向和加速度力量,加速度计能够判断设备处于水平或是垂直位置,来判断设备是否移动,从而达到计步操作,手机的计步也是用的这个原理。

  

  但并不是就这样简单操作就可以计算出步数,如上图所示,人在走路过程中是规律运动的,但传感器采集到的的数据很粗糙,毛刺较多,MCU处理起来误差会很大,所以要进行数据处理,方法为数字滤波!
  MCU可以比喻成加速度传感器的大脑。用数字设备,通过一定的算法,对信号进行处理,将某个频段的信号进行滤除,得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。

  

  把原始数据变得更干净明了,MCU更容易判断状态。
  数字滤波方法:限幅滤波、中值滤波、算数平均滤波等。根据算法去除干扰,使MCU处理数据更准确,加入记步算法就可以实现基本记步功能。
  再来说一下手环是如何监测睡眠质量的?
  通过体动记录仪来分析睡眠状态的。
  简单来说,就是智能手环上会有一个传感器,在你睡眠的时候根据手腕的动作幅度和频率来衡量睡眠的质量。

  体动记录仪可以检测微小运动,来确定我们是否处于清醒、浅度睡眠还是深度睡眠中,至于如何确定使用者的状态,这就依靠每个品牌手环的预设参数了,手环都会预设几个触发条件,用以确定使用者是否进入睡眠状态,当手环的监测数据与预设数据相匹配,那么手环就会判定使用者进入了相应的模式
  睡眠监测是通过体动记录仪监测人的动作,以系统的计算方式进行累计计算,每2分钟记录一次合计值,与此同时的姿势数据得到记录,通过计算来判断睡眠状态。
  举个例子:人进入深度睡眠的时候,身体睡得就像死猪一样,基本上就不会产生运动量,运动量改变的时间就会变得更长,手环则以此为依据,判断你是否是深度睡眠状态。
  NFC门禁解锁
  动哈小影手环,之所以能解锁小区/房子的门禁,是通过一种短距高频的无线电技术,在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换,从而实现门禁解锁,这项技术,倒是极少看到有其他品牌的手环做到了,像现在的小米手环、苹果手表都没有看到有这项功能。

  

  但安利这项技术应该也不难,和门卡是一个原理,里面储存着一道“圣旨”,当它遇到门锁的时候,就发出“解锁”的指令,门也就开了。
  总结
  显然,所有运动手环的监测功能都是利用传感器的一些原理制成,像动哈小影手环的监测功能都得益于传感器的进化,有利于实现更精准的身体数据监测,才让运动监测设备们变得更好用。
  我曾经听身边朋友说过一件事,说是手环还能监测男女睡前运动的每一个过程,哈哈哈。
  相信在未来,这些传感器配合更先进的软件算法,有可能帮助我们获得更准确的监测数据,甚至能够分享到医疗机构,帮助我们预防疾病。

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